Sapere Scienza

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La nostra percezione della luce

23 Dicembre 2021 di 

Una frase che si sente dire spesso è: “Questa è l’immagine così com’è uscita dal sensore, non ho fatto nessuna elaborazione”.
Questa è una delle più grosse sciocchezze che si possano dire in ambito di fotografia digitale.
Ne abbiamo già parlato nei primi articoli di questa rubrica, il sensore non produce immagini e non legge i colori. Per ottenere le immagini, che saranno necessariamente a colori, si ricorre alla demosaicizzazione del file RAW a cui seguono alcune operazioni automatiche di miglioramento, svolte in tempo reale dalla fotocamera per fornire il file jpeg. In alternativa, queste procedure le possiamo eseguire noi per ottenere risultati ottimali.

 

Fotografie monocromatiche o RGB


È così che si producono le fotografie digitali nella quasi totalità delle fotocamere, ma esistono alcune eccezioni. La fotocamera Leica Monochrom, produce solo immagini monocromatiche, mentre la Sigma costruisce un particolare sensore, il Foveon, che monta esclusivamente su alcune sue fotocamere, il quale produce immagini in RGB. Ne parleremo in un prossimo articolo.

 

Luminanza e luminosità: cosa sono davvero?


Per quanto detto poc’anzi, appare chiaro che la fotocamera e il nostro sistema visivo non siano affatto simili. Il sensore non solo non riconosce i colori, ma la pensa abbastanza diversamente da noi anche sulla luminosità.
Usando il termine “luminosità” questa volta la sciocchezza l’ho detta io, ma solo per capirci più facilmente.
Il sensore opera nel campo della fotometria, in cui il termine luminosità non corrisponde a nessuna grandezza fisica. Esso misura l’intensità della luce contandone i fotoni, la grandezza fisica in questione è la luminanza.
La luminanza è definita come il rapporto fra l’intensità di luce riflessa da una superficie nella direzione dell’osservatore e l’area della superficie stessa vista dalla prospettiva dell’osservatore (a seconda dell’angolo di osservazione variano la forma e l’area della superficie vista; per esempio, una superficie circolare vista da un angolo diverso da 90° appare ellittica). Si misura in candele per metro quadrato (cd/m2).
Una superficie generalmente riflette solo una parte della luce che riceve, e per quanto possa essere altamente riflettente, soltanto in condizioni ideali potrebbe rifletterne il 100%.
Possiamo svincolare la quantità di luce riflessa da una superficie da un valore dimensionale (cd/m2) considerando il rapporto fra luce riflessa e luce incidente. Questo è definito come fattore di luminanza e può variare da 0 a 1 o, se vogliamo esprimerlo in percentuale, da 0 al 100 %.
Il sensore della fotocamera risponde linearmente al fattore di luminanza, come mostrato nel grafico seguente dalla linea tratteggiata.

 

fig 1

 

Il nostro sistema visivo, invece, ha una percezione ben diversa.
La nostra percezione del fattore di luminanza è espressa come Chiarezza CIE 1976 ed è legata al fattore di luminanza dalla curva rossa del grafico precedente.

 

 
La correzione gamma: cos’è e a cosa serve


Nelle foto, valori bassi del fattore di luminanza corrispondono alle ombre, quelli alti alle luci.
Osservando il grafico avrete già capito che il nostro sistema visivo è sensibile anche a piccole variazioni nelle ombre, ma occorrono grandi variazioni nelle luci per poter apprezzare differenze.
Poiché, come ho detto, il sensore ha una risposta lineare al numero di fotoni, occorre adeguare le sue letture al nostro sistema visivo applicando una correzione. Diversamente le ombre nelle foto le percepiremmo molto chiare, come mostrato nella figura qui sotto.

 

 

fig 2


A questa correzione provvede un parametro detto gamma (che non ha nulla a che fare con la gamma dinamica, né col gamut), che varia a seconda dello spazio colore in cui lavoriamo e di cui va tenuto conto.
Ho segnato nel grafico il punto corrispondente al valore di chiarezza 50, corrispondente a un fattore di luminanza di 0,18 o, in percentuale, del 18%.
Significa che quel che percepiamo come una via di mezzo fra il bianco e il nero, la luce piena e l’ombra più scura, in realtà è un grigio molto scuro, siamo praticamente nelle ombre.
Ma il valore 18% vi dice niente? Molti di voi avranno già capito. Il pannellino o cartoncino che si usa per regolare l’esposizione su un valore medio è in grigio neutro al 18%.
Tuttavia, se avete letto l’articolo sull’esposizione, saprete che questo non è il metodo ottimale per scegliere i valori esposimetrici.

 

In conclusione:
-    Il termine luminosità non corrisponde a nessuna grandezza;
-    Il fattore di luminanza è una grandezza fisica, mentre la chiarezza è una grandezza percettiva;
-    Il nostro sistema visivo non risponde linearmente alla luminanza come fa, invece, il sensore.

Sergio Nuzzo

Tecnico elettronico, ha iniziato la carriera lavorativa nell’ambito della strumentazione scientifica, lavorando per due delle più importanti aziende a livello mondiale, in veste di Field Service Engineer. Dal 1994 è Collaboratore Tecnico dell’Istituto per i Processi Chimico-Fisici, sede di Bari, del Consiglio Nazionale delle Ricerche.
Fotoamatore fin da giovanissimo, sviluppa particolare interesse per la scienza e la tecnologia della fotografia digitale. Grazie alle conoscenze acquisite con i suoi studi, con l’autorizzazione del suo Ente, ha collaborato con un’importante azienda del settore fotografico, tenendo corsi e lezioni aperte per fotografi professionisti.

copertina   luglio-agosto 2022

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